复合材料连接设计ppt课件.ppt

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1、4复合材料连接设计4.1机械连接设计机械连接主要包括螺栓连接和铆钉连接。铆钉连接一般用在受力较小的复合材料薄板上，螺栓连接广泛应用于承载能力较大和比较重要的受力构件上。4.1.1机械连接的破坏形式4.1.2机械连接设计的一般要求（1）机械连接几何参数的选择（2）机械连接形式及其选择（3）紧固件的选用及对拧紧力矩的要求①紧固件直径的选择由此得式中d——紧固件直径，mmt——被连接层合板的厚度，mm[σbr]——层合板的许用挤压应力，MPa[τb]——紧固件的许用剪应力，MPa②紧固件种类的选择紧固件主要有螺栓和铆钉两大类：螺栓用于可拆卸的结构连接部位，铆钉则用于不可拆卸的结构处③螺

2、母拧紧力矩的要求施加拧紧力矩可产生垂直于层合板的压力，将使连接接头的挤压强度有明显提高（4）连接区的铺层设计连接区的铺层设计遵循以下原则①至少应有40%的±45°铺层和25%的0°铺层，90°的铺层比例为10%~25%；②铺层顺序影响层合板的层间剪切强度③连接区域加厚，特别是对薄的层合板，避免d/t>4;④采用均衡对称铺层以消除内应力及翘曲（5）许用应力和安全系数的确定确定许用挤压应力n——安全系数4.1.3机械连接强度校核（1）连接板的强度校核①挤压强度校核按P——外载，N；d——孔径；mm；t——丁孔处的板厚，mm。②拉伸强度校核按ω——板宽或钉间距，mm；[σjt]——许用

3、拉伸应力，MPa。③剪切强度校核按e——端距，mm；——许用剪切应力，MPa。（2）紧固件的强度校核校核按——紧固件的许用剪切强度值4.1.4机械连接和强度校核举例例4-1图4-4为双排紧固件承受拉伸载荷的连接接头。试根据下述已知参数校核接头强度，确定链接区复合材料层合板的厚度t。已知紧固件为100°沉头窝Ti-22高锁螺栓，公称直径d=6mm，单面破坏剪[Q]=21.4KN，内排螺栓和外排螺栓分别承受57%和43%的载荷基本层合板材料为T300/5222（碳/环氧）最大挤压破坏载荷σbrmax=700MPA，层合板中各个单层的材料性能和厚度均相同，固化后单层厚度t1=0.12m

4、m，层合板基本厚度为2.40mm，铺层方案为[45/0/-45/0/90/0/45/0/-45/90]s,载荷方向于0°纤维方向一致。【解】(1)确定许用挤压强度值取各影响因素的修正系数k=0.55(2)计算连接区加厚部位的层合板厚度t每列螺钉承受的总载荷为540×36=19440N内排螺钉承受的载荷为Pbr=19440×0.57=11080N按照挤压承载计算连接区所需的层合板厚度取连接区加厚部位层合板的厚度t=4.80mm。铺层总数n=t/t1=4.80/0.12=40层各方向的铺层数为加厚部位的具体铺层方案为[45/0/-45/0/90/0/45/0/-45/90]2S与基本

5、层合板铺层百分比一样。加厚部位层合板厚度t=4.8>0.6×d=0.6×6=3.6，沉头窝满足要求.(3)加厚部位层合板挤压强度校核挤压应力外排钉孔挤压载荷比内排小，因而不必校核。紧固件剪切强度校核内排螺钉承受的剪力例4-2图4-5所示为沿双排紧固件排列方向承受剪切载荷的连接接头，根据下述已知参数校核接头强度，并确定连接区层合板的厚度。已知紧固件为115s、100℃沉头钛合金高锁螺栓，公称直径d=6mm，单剪强度15kN；基本层合板材料为T300/5222(碳/环氧)，层合板厚度t0=4.08mm，固化后单层厚度为012mm，共34层铺层方案为[±45/0/45/±45/0/4

6、52/-452/0/90/0/45]s，承受剪切载荷q=700N/mm，方向为0°层纤维方向一致。该层合板受载孔处的许用面剪切强度值[τ]=120MPa,许用挤压强度值[σbr]=385MPa。内排螺栓孔与外排螺栓孔承载按57:43分配。【解】(1)计算连接区加厚部位的层合板厚度①按面内剪切承载计算q=t[τ]T=q/[τ]=700/120=5.83mm②按螺栓孔挤压承载计算25×0.57×q=dt[σbr]③确定连接区加厚部位的层合板厚度按面内剪切承载需5.83mm，选定t=6mm。铺层层数n=6/0.12=50层，即加厚板铺层层数比原来基本板增加16层。考虑到有益于面内剪切

7、承载，应适当增加±45°铺层比例，确定加厚部位铺层方案为[±45/0/90/45/±45/0/452/-452/45/0/±45/90/±45/-45/02/45]s。基本板在0°、±45°、90°的铺层层数分别为8、24、2，相应铺层百分比为23.5%、70.6%、5.9%；而加厚部位在0°、±45°、90°的铺层层数为10、36、4，相应铺层百分比为20%、72%、8%。(2)校核接头强度由于基本层合板与加厚部位的铺层百分比相近，所以二者的[τ]、[σbr]差别可以忽略。